探索脉冲星以“透视”银河系

2021年5月，国际期刊《天文和天体物理学研究》的封面论文发表了中国科学院国家天文台研究员韩金林团队的研究成果：他们利用五百米口径球面射电望远镜(FAST) FAST对银河系进行了一次非常灵敏的脉冲星探测任务(GPPS巡天)，在一年左右的时间内在银河系银道面发现了201颗脉冲星。自2017年10月10日发现第一颗脉冲星以来，截至目前，被称为“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”的500米口径球面射电望远镜已发现660多颗新脉冲星。

据韩金林介绍，到目前为止，他们团队只在银河系的银道面搜索到了少量的脉冲星。大概需要十年的时间，对所有的脉冲星进行一个接一个的搜寻，然后选出最优秀的进行精确的研究，才能取得重大的科学突破。“就像女神修补天空一样。一块一块做。当所有的天空区域都结束时，银河系将被看穿。”

广州日报全媒体记者张丹

脉冲星的半径只有10公里，其脉冲比时钟还要精确。

“你知道宇宙中最小的天体是什么吗？”韩金林向记者卖了个关子，接着说：“天上的星星一般都是说星星的。恒星死亡爆炸后，其中一部分成为脉冲星。”他介绍说，脉冲星甚至比普通行星小得多。地球的半径超过6371公里，而脉冲星的半径只有10公里。

在韩金林的科学研究和探索中，宇宙的“奇妙”总是让他兴奋不已。"我们的地球真的就像宇宙中的一粒尘埃."韩金林说，宇宙中有很多星系，银河系只是其中之一。银河系中有数千亿颗类似太阳的恒星。而我们看到的是各种天体发出的光，从无线电波到红外线、光学甚至紫外线、X射线、伽马射线等等。每个天体发射的波段不同，所以研究宇宙天体也有不同的渠道。

以脉冲星为例，它的脉冲非常精确，“比我们的时钟还要精确。”韩金林说，一个半径只有10公里，但重量是太阳1.4倍的天体，在宇宙中旋转，不受干扰。“周围全是空的地方，转得很稳。”因此，他说，观测者可以探测到它发出的脉冲，这可以视为宇宙中精确的时钟。“如果两颗脉冲星相互公转，即使每天缩短1厘米，也可以通过测量脉冲得到。”

寻找新脉冲星贡献人类知识“中国发现”

“脉冲星很奇怪。它会发出脉冲，但我们无法弄清楚它是如何发出的。”韩金林说，“所以，我们要研究脉冲星是如何发出脉冲的”。

他介绍，银河系中有些恒星“死亡”时会爆炸，有些会炸得很厉害，全部“消失”；其中一些在爆炸后“咕噜咕噜”进入黑洞；有些恒星被吹爆后会在旁边留下一个原子核，这就形成了脉冲星。

韩金林说，他和他的团队希望找出五百米口径球面射电望远镜(FAST)能看到的区域内的所有脉冲星，这样我们就能大致知道银河系不同区域的脉冲星的诞生率，为不同区域的恒星形成、恒星演化和恒星“死亡”(即脉冲星的诞生)等问题找到更好的答案。

韩金林说，现在中国也可以为人类认知宇宙做出更大的贡献。“比如现在人类发现最快的脉冲星每秒可以转730多次，每1.4毫秒转一次。能突破这个极限吗？如果我们发现了，我们就能突破现有认知的极限。”

他介绍，他们新发现的脉冲星发出的光比别人发现的要暗一个数量级。“也就是说，外来的‘眼睛’只能看到明亮的天体；中国的‘天眼’特别灵敏，连比较暗的星星都能看到。”

三四十台电脑同时收集“补天”数据。

在中科院国家天文台一楼大厅，“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”FAST的模型被摆放在最显眼的位置。韩金林站在FAST模型前，有些感慨地说：“我们用这台望远镜真的赶上了世界。”

他介绍，以前只有国外才有这种望远镜。中国研究人员要研究任何一颗恒星都要写申请书，然后按照国际惯例，天文台再请一批专家来评估。“如果他们认为用这台望远镜进行的观测真的有意义，最终，我们会得到‘给一个小时观察’、‘给三个小时观察’之类的望远镜使用时间。但现在不同了。我们有这样一个‘大家伙’，”韩金林非常感慨地说。“你擦别人的望远镜，你做不了大规模的‘补天’工程，因为他们没那么长时间给你。但现在我们有了FAST望远镜，一分钟接收的光量可以顶澳大利亚望远镜八个小时。”韩金林笑着说。

“其实并不是说用望远镜收集数据就能找到脉冲星。”韩金林介绍，数据采集后要进行数据处理。

“你知道我现在收集了什么数据吗？6PB (1PB=1024TB)。现在，我们的‘补天’项目只完成了7%左右，数据量真的很庞大。”韩金林告诉记者，要处理这些数据，要用很多128核，几个T的内存的电脑。“这台128核的计算机叫做一小时128台计算机。另外我们还用了一批80核的电脑，加起来有三四十台。一直要算两三遍。现在的计算软件不断迭代，性能不断提升。这些都是很辛苦的工作，没有办法避免。我带着学生，一起把他们做好。”

充分利用FAST“再过十年看透银河系”

“工具用得好，名曰‘我技助黄牛’。刀可以用很久而不钝。”韩金林说，工具的使用、对工具的理解、对天体的认识必须“三位一体”，才能把“补天”工程做好。

"我们的工具是快速望远镜，我们的天体是脉冲星."他说，如何设计一个项目，使望远镜能够找到最多的脉冲星，同时测量参数，使科学效益最大化，这是一个技术活。

他介绍，“五百米口径球面射电望远镜(FAST)”FAST最突出的一个特点很多人都知道，就是大。"

光大是不够的。”他解释，“FAST望远镜是可以跟踪、聚焦的，由于地球的自转，天上的星星也是东升西落的，天似穹庐，当星星动的时候，地上的FAST可以做到跟踪5分钟，就可以看清楚很多了，这就是为什么我们‘补天’工程中看星星的深度能比别人深一个量级。”而这就是FAST另一个特点——精密跟踪，或者叫精确控制。

“FAST的信号接收器可以接收到19个波束，同时能够接收19个点，我要把19个点的波束都收集起来。”韩金林说，由于可以精确控制，只要稍微动一点点，就能够接收到旁边19个点的波束，这样的调整只需要动几秒钟。

“你看到这个小黄点了吗？这是76个波束点，我要收集18000个小黄点，才能真正把银河看穿。”韩金林说，他现在还只是收集了一小部分，后续将所有的点都收集完之后，将挑选出特别好的再进行精确的研究。按照目前的速度，大概还要再用十年的时间才能够完成这个巨大的“补天”工程。“这就像是女娲补天似的，一小块一小块的做，等所有的都‘补’完了，银河就看穿了。”

“厨房里还有菜”：脉冲星发表前还不算“发现”

“中国天眼”目前发现了多少颗脉冲星？韩金林挠了挠头，这反而成为他“最不好回答”的一个问题。他解释，在科学界普遍的规则是，当发现了一颗脉冲星，只有将其发表之后才是真正地“发现”，如果在没有发表之前公布了自己发现的脉冲星，原则上并不能称为“发现”。

“我们的‘困难’是发现了那么多脉冲星，但还没来得及仔细测量和发表。”他说，如果在发表之前就告诉媒体自己发现的数量，就违反了科学规范。

韩金林领着记者来到旁边与FAST天眼联网的一台电脑旁，聚精会神地查看起了数据，“我现在就给你看看，我们家里的‘厨房’还有多少‘菜’。”看着看着，他声音又提了起来，“像这颗是我们刚刚发现的。”说着，他开始整理起了相关数据，过了一会他高兴地笑了起来：“又发现了一颗。你看这颗刚发现的脉冲星，因为还没有‘发表’，也就不算真正地‘发现’。”